Презентация Геохимические процессы в системе природная вода – горная порода 2 онлайн

Содержание слайда: Геохимические процессы в системе природная вода – горная порода (2) Продолжение

Содержание слайда: Гидратация-дегидратация Процесс гидратации заключается во вхождении молекул воды в структуру минералов в виде координационно связанных молекул (минералы типа гипса) или не связанных с решеткой молекул (цеолиты). На долю воды приходится значительная часть объема минерала. При гидратации происходит перестройка кристаллической структуры минерала (уплотнение) и возрастание объема минералов, обусловленное связыванием в минералах воды. Объемный эффект гидратации поэтому может быть отрицательным, близким к нулю и положительным. Наибольшим объемным эффектом (до 20—30 см3 на моль Н2О) обладают реакции цеолитизации.

Содержание слайда: Одной из наиболее простых гидратирующих систем является пара гипс—ангидрит. CaSO4 + H2O <===> CaSO4. 2H2O; ангидрит гипс гипсы и ангидриты в природных условиях четко гипсометрически локализованы: основные массы ангидрита приурочены к участкам, находящимся на глубине более 460 м от дневной поверхности, а гипсы - к верхним частям разреза.

Содержание слайда: Аналогичные равновесия – мирабилит-тенардит, содовые минералы Аналогичные равновесия – мирабилит-тенардит, содовые минералы Гидрогели: SiO2 + nH2O <===> SiO2.nH2O (опал) Агаты. Интересные свойства кремней (бактериофаг).

Содержание слайда: Поглощение воды цеолитами связано со свойствами кристаллической решетки. Алюминиевые и кремниевые тетраэдры образуют рыхлый каркас с каналами, достигающими нескольких ангстрем в поперечнике. Эти каналы обеспечивают легкую доступность молекул воды во внутренние участки структуры. Na2 Al2 Si3 O10.2H2O или Na16 Al16 Si24 O80.16H2O – натролит

Содержание слайда: Вхождение воды в состав цеолитных минералов в первую очередь связано с увеличением гидростатического давления, вывод ее обусловливается увеличением температуры до 400оС Использование цеолитов для очистки питьевых и сточных вод, сушки. Отдают и принимают воду без разрушения крист. решетки; ионообменники; сорбенты. Использование в корме скота, рыб (до 6%) – свх. Тихоокеанский; свиноматки увеличили вес на 30%.

Содержание слайда: Особо следует остановиться на глинистых минералах, ряд которых содержит межслоевую воду (смектиты, вермикулиты, галлуазиты). Ее удаление, так же как и для других минералов, связано с повышением температуры. Наиболее важна дегидратация монтмориллонита, приводящая к образованию гидрослюд на глубинах более 2000—3000 м. Особо следует остановиться на глинистых минералах, ряд которых содержит межслоевую воду (смектиты, вермикулиты, галлуазиты). Ее удаление, так же как и для других минералов, связано с повышением температуры. Наиболее важна дегидратация монтмориллонита, приводящая к образованию гидрослюд на глубинах более 2000—3000 м.

Содержание слайда: Таким образом, процессы, возникающие на границе раздела горных пород и подземных вод, приводят во многих случаях к проникновению молекул воды в кристаллическую решетку минералов. В результате при определенных термодинамических параметрах образуются новые минералы и может произойти полное замещение прежних горных пород новыми. Таким образом, процессы, возникающие на границе раздела горных пород и подземных вод, приводят во многих случаях к проникновению молекул воды в кристаллическую решетку минералов. В результате при определенных термодинамических параметрах образуются новые минералы и может произойти полное замещение прежних горных пород новыми.

Содержание слайда: Сорбция, ионный обмен Сорбция – избирательное поглощение твердых веществ и газов. Мера: удельная поверхность – м2/г. На раздробление вещества и образование коллоидов затрачивается энергия, которая частично превращается в геохимическую энергию сорбции. Суммарная поверхность 1 г коллоидной фракции в сотни тысяч и миллионы раз больше поверхности 1 г частиц, видимых простым глазом (поверхность 1 г бентонитовых глин колеблется от 40 до 96 м2, каолиновых - от 17 до 65 м2).

Содержание слайда: Поэтому значительна и поверхностная энергия природных коллоидов Неполярная сорбция состоит в поглощении из раствора целых молекул, например газов и паров, молекул органических веществ. В зоне гипергенеза многие глинистые минералы сорбируют из вод органические молекулы.

Содержание слайда: Полярная сорбция - ионный обмен Истолкование ионного обмена было дано выдающимся русским ученым К.К. Гедройцем (1872 - 1932). Он доказал, что каждая почва, глина, всякая мелкоземистая порода содержит катионы, которые, не растворяясь в дистиллированной воде, переходят в раствор нейтральной соли. При этом часть катионов нейтральной соли в эквивалентных количествах поглощается твердой фазой. Количество аниона нейтральной соли в большинстве случаев не меняется.

Содержание слайда: Если промывать дистиллирован-ной водой на воронке незасоленную глину, то очень небольшое количество ионов Мg2+, Са2+перейдет в фильтрат

Содержание слайда: Если вместо воды применить раствор соли, например NаСl, то количество Сl- в фильтрате почти не изменится, содержание Nа+ уменьшится и появятся Мg2+, Са2+ в количестве, эквивалентном исчезнувшему Nа+. Если вместо воды применить раствор соли, например NаСl, то количество Сl- в фильтрате почти не изменится, содержание Nа+ уменьшится и появятся Мg2+, Са2+ в количестве, эквивалентном исчезнувшему Nа+. Следовательно, глина поглотила Nа+ и взамен выделила в раствор эквивалентное количество Мg2+, Са2+, т. е. глины способны обменивать ионы.

Содержание слайда: Катионы породы, способные обмениваться на катионы раствора, Гедройц назвал обменными катионами. Наиболее энергично поглощаются многовалентные катионы (R), т. е. энергия поглощения R3+ >R2+ >R+. Среди ионов с одинаковой валентностью энергия поглощения растет с ростом атомной массы и радиуса нона (Li+< Nа+ <K+< Rb+< Cs+ ). Поэтому K+ поглощается энергичнее Nа+.

Содержание слайда: Обменная сорбция подчиняется закону действия масс, она тем интенсивнее, чем выше концентрация катионов в водах Ряды: H +>Fe 3+>Al 3+>Ba 2+> Sr 2+>Ca 2+>Mg 2+>K +>NH4+>Na +>Li + J ->Br ->Cl ->OH - Наиболее распространенный процесс: 2Naтв + Сa2+ р-р <===> Caтв + 2Na+р-р На отрыв натрия 11,6 кал, кальция – 74,2 кал; реакция легче идет вправо

Содержание слайда: SО4 - Са (или SО4 - Мg) подземные воды мигрируют среди глинистых пород морского происхождения, обычно содержащих обменный Nа+ наблюдается следующая реакция: глина = 2Nа++ СаSО4  Na2SО4 + глина = Са2+ глина = 2Nа++ МgSО4  Na2SО4+ глина = Мg2+ Символом глина = Са2+ обозначена глина, содержащая обменный Са2+, глина = Мg2+ - обменный Мg2+.

Содержание слайда: Постепенно весь обменный натрий глин переходит в раствор, воды из сульфатных кальциевых (магниевых) превращаются в сульфатные натриевые, а поглощающий комплекс из типично морского натриевого становится типично континентальным кальциево - магниевым. Постепенно весь обменный натрий глин переходит в раствор, воды из сульфатных кальциевых (магниевых) превращаются в сульфатные натриевые, а поглощающий комплекс из типично морского натриевого становится типично континентальным кальциево - магниевым.

Содержание слайда: Возможны и обратные реакции: сульфатные-натриевые воды, мигрируя среди горных пород, поглощающий комплекс которых насыщен Са2+, обменивают Nа+ на обменный Са2+ породы. Кальций, соединяясь с SО42-раствора, образует труднорастворимый гипс. Возможны и обратные реакции: сульфатные-натриевые воды, мигрируя среди горных пород, поглощающий комплекс которых насыщен Са2+, обменивают Nа+ на обменный Са2+ породы. Кальций, соединяясь с SО42-раствора, образует труднорастворимый гипс. глина = Са2+ + 2Nа+ + SО42- + 2Н2О  глина = 2Nа+ + Ca SО4.2Н2О (гипс) Таково происхождение некоторых гипсовых аккумуляций в глинах и почвах

Содержание слайда: Менее распространены положительно заряженные коллоиды, к которым относятся гидроксиды Fе, Аl, Тi, Sr и др. Менее распространены положительно заряженные коллоиды, к которым относятся гидроксиды Fе, Аl, Тi, Sr и др. Они способны обменивать SО42-, С1-, PО43-, VО43- и другие анионы. Так, в осадочных железных рудах нередко повышено содержание Р, V, Аs, сорбированных положительно заряженными гелями гидроксидов Fе.

Содержание слайда: Емкость поглощения (обменная емкость) – мг-экв/ 100 г породы Почвы и породы всегда содержат некоторое количество обменных катионов. Общее их количество - емкость поглощения - обычно не превышает 1 % (60—70 мг.экв). При расчете на коллоидную фракцию или отдельные минералы эта величина возрастает в несколько раз.

Содержание слайда: Некоторые показатели Обменная емкость глинистых минералов (мг-экв/100 г): > 80 монтморилонит, нонтронит, бейделлит (трехслойная решетка) 15-80 гидрослюды <15 каолинит, галлуазит (пакетная решетка) Изоэлектрические точки (значение рН, выше которого начинаеся обмен) кремнезем – 2; монтмориллонит – 2,5; каолинит –3,5; гидроокись железа – 6,9; гидроокись алюминия – 9,0.

Содержание слайда: Ионный обмен характерен не только для коллоидов он известен и у макрокристаллических силикатов. Еще в ХIХ в. подобные свойства были обнаружены у анальцима, шабазита, гарматома, гейландита, натролита и других цеолитов. В их кристаллической решетке часть Si4+ замещена Al3+, недостающий положительный заряд компенсирован катионами щелочных и щелочноземельных металлов, которые не связаны со строго определенным положением в решетке и способны к обмену.

Содержание слайда: в гидротермальных и надкритических условиях к ионному обмену способны полевые шпаты, фельдшпатоиды, слюды, некоторые титано- и цирконосиликаты, танталониобаты, сульфиды и другие минералы. Эксперименты при t 400—500оС и давлении 105 кПа показали, что Nа+ и K+ санидина (полевой шпат) и нефелина могут взаимно замещаться. Максимальная обменная емкость калиевого полевого шпата 347 мг.экв на 100 г.

Содержание слайда: Ионный обмен K+, Nа+, Li+, Rb+, Cs+ экспериментально установлен у поллуцита, сподумена, слюды. Возможность ионного обмена в этих условиях была доказана также для апатита (Са2+, Nа+, Sr2+, Lа3+, Y3+) пирохлора (Nа+, Са2+, Lа3+, Y3+), сфалерита (Zn2+, Fe2+, Cd2+). Ионный обмен K+, Nа+, Li+, Rb+, Cs+ экспериментально установлен у поллуцита, сподумена, слюды. Возможность ионного обмена в этих условиях была доказана также для апатита (Са2+, Nа+, Sr2+, Lа3+, Y3+) пирохлора (Nа+, Са2+, Lа3+, Y3+), сфалерита (Zn2+, Fe2+, Cd2+). С ионным обменом связывают альбитизацию калиевых полевых шпатов, нефелинизацию, гранитизацию гнейсов и другие процессы метасоматоза.

Содержание слайда: Итак, с ростом температуры ионный обмен возможен у таких минералов, как полевые шпаты и фельдшпатоиды. Итак, с ростом температуры ионный обмен возможен у таких минералов, как полевые шпаты и фельдшпатоиды. Рост давления уменьшает обменную емкость. Предполагают, что именно рост давления ограничивает возможность ионного обмена глубинами первых километров от земной поверхности.